§ 2. Цветовая температура как характеристика спектрального состава света

Для сопоставления характеристик излучения реального и абсолютно черного тел часто используют метод эквивалентных температур, при котором температуру излучения АЧТ определяют при условии эквивалентности одной из характеристик излучения АЧТ и реального тела при заданной температуре.

Такими эквивалентными температурами являются яркостная и цветовая температуры.

Яркостная температура – это температура АЧТ, при которой его яркость в узком спектральном интервале равна яркости исследуемого реального источника света при температуре Т. Яркость АЧТ можно рассчитать по формуле:

L(T)=683C₁/pòV(l)l^-5´1/(e^С₂^/(lT)-1)dl, кд/м²,

где V(l) – относительная спектральная чувствительность глаза.

Цветовая температура, обозначаемая Т или Т_цв (спектрофотометрическая, или колориметрическая температура), определяет распределение интенсивности лучистого потока (излучения) в зависимости от длины волны в оптическом диапазоне непрерывного спектра, т.е. определяет цветность источника света. Она соответствует температуре АЧТ, имеющего в рассматриваемом диапазоне длин волн такое же относительное распределение интенсивности излучения, что и исследуемый источник света. (Цветовую температуру в светотехнике приводят в градусах Кельвина, но в научных кругах часто говорят "кельвины", опуская слово "градусы").

Так при температуре около 3000К в излучении АЧТ доминируют длины волн от 600 нм и более, а его цветность близка к тому белому свету, который дают вольфрамовые лампы накаливания. Спектральный состав света Солнца близок к составу излучения АЧТ при температуре 5500…6000К, максимум излучения смещен в сторону коротких длин волн (520 нм и менее) и в нем преобладают зелено-голубые, голубые и синие лучи. Поэтому в "белом" свете вольфрамовых ламп присутствует больше желтых оттенков, чем в "белом" солнечном, т. е. эти источники белого света имеют различную цветность.

Цветность АЧТ указывает на строго определенный и всегда постоянный для каждой длины волны спектральный состав излучения. На рис.4 показаны кривые излучений при различных температурах АЧТ. Чтобы исключить влияние мощности излучения источников, эти кривые совмещены в одной точке, соответствующей длине волны 555 нм (максимум спектральной чувствительности глаза), для которой лучистый поток принят за 100%.

Рис.4. Кривые излучений АЧТ при разной Т (F_e=100% на 555 нм)

В спектре излучения нетепловых источников света (например, металлогалогенных, ксеноновых и люминесцентных ламп) присутствуют монохроматические "пики", обуславливающие характерные оттенки, поэтому для оценки их цветности используют, так называемую коррелированную цветовую температуру.

Усредненные значения цветовых температур для некоторых источников света приведены в таблице 3. Поскольку цветовая температура источников света здесь характеризует цветность, спектральный состав излучения, а не температуру нагрева источника, то не следует делать вывод, что небо теплее Солнца.

Таблица 3. Цветовые температуры источников света (средние значения)

Источник света	Т,К
Пламя спички	1700
Керосиновая фитильная лампа	1700…2100
Пламя стеариновой свечи	1850
Бытовая лампа накаливания: вакуумная, 25…60 Вт газополная, 40…50 Вт газополная, >200 Вт	2400…2500 2650…2900 2950
Люминесцентные лампы дневного света	2800…6500
Лампы накаливания: зеркальные типа ЗК галогенная кинопрожекторная типа КПЖ для фотографии типа Ф, ФД	3200 3200 3250 3400
Лампы-вспышки одноразового действия	3400…3900
Импульсные электронные лампы	3800…6500
Вечерняя или утренняя заря при ясной погоде	4000…4500
Солнце в зените в ясный день	5200…5400
Дуговые лампы с белопламенными углями и фильтром ДБ-ДС	5500
Солнце и небо днем на средних широтах	5500…5700
Ксеноновые лампы	6000
Металлогалогенные лампы	6000
Небосвод в пасмурный день	6500
Солнечный свет в сильный туман	7500…8500
Голубое небо в ясный солнечный день	10000…30000

Для кино и телевидения выпускают источники света с двумя основными ("балансными") цветовыми температурами:

3200К – лампы накаливания (ЛН) для светочувствительных материалов с индексом Т;

5500К – лампы дневного света (ДС), для свeточувствительных материалов с индексом D.

Именно под эти цветовые температуры сбалансированы цветные фото- и кинопленки, настроены бытовые и профессиональные цветные видео- и телекамеры в режиме Preset. Если цветовая температура источника света отличается от балансной (нормированной), ее необходимо скорректировать с помощью компенсационных (конверсионных) светофильтров.

Равнозначные изменения цветовой температуры при различных исходных значениях по-разному сказываются на спектральном составе. Например, увеличение на 500К температуры 2000К приведет к изменению темно-красного свечения на ярко красно-оранжевое (2000К + 500К = 2500К), такое увеличение температуры 7000К – лишь к незначительному изменению оттенка голубоватого свечения (7000К + 500К = 7500К). Поэтому цветовую температуру нельзя использовать для сравнения различных по цветности излучений.

Для упрощения расчетов при обозначении светофильтров, корректирующих цветовую температуру источников света, используют шкалу обратных микрокельвинов. Экспериментально установлено, что одинаковым изменениям цветности соответствуют равные приращения 1/Т, например 1/2500К = 0,00004. Чтобы избежать очень малых чисел, это значение умножают на 10⁶, полученное положительное число носит название "обратный микроградус", или майред (mired – micro reciprocal degree; русское обозначение – М).

Используя таблицу 4, находим, что балансная цветовая температура 3200К соответствует 313М, а 5500К – 182М. При температуре источника света 6000К (167М) для коррекции до 5500К ее необходимо скорректировать на +15М (182 -167). Чтобы "поднять" цветовую температуру с 3200К до 5500К также необходима коррекция, но уже на -131М (182 - 313). Знак "плюс" указывает на то, что проведена коррекция цветовой температуры в сторону понижения, а знак "минус" – повышения.

Таблица 4. Перевод градусов Кельвина в майреды

Градусы Кельвина	0	100	200	300	400	500	600	700	800	900
	Майреды
2000	500	476	455	435	417	400	385	370	357	345
3000	333	323	313	303	294	286	278	270	263	256
4000	250	244	238	233	227	222	217	213	208	204
5000	200	196	192	189	185	182	179	175	172	169
6000	167	164	161	159	156	154	152	149	147	145
7000	143	141	139	137	135	133	132	130	128	127